JP2005156860A

JP2005156860A - 画像形成装置

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Publication number: JP2005156860A
Application number: JP2003394361A
Authority: JP
Inventors: Hisahiro Saito; 久弘斎藤
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2003-11-25
Filing date: 2003-11-25
Publication date: 2005-06-16
Anticipated expiration: 2023-11-25
Also published as: JP4393162B2

Abstract

【課題】中間転写方式の画像形成装置において、インライン方式を採用することで高速化を可能とし、トナーを排出することで画像安定化を実施し、更に、装置全体を小型化した画像形成装置を提供する。
【解決手段】像担持体１及び現像手段４を含む複数の画像形成部Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋと、像担持体１と近接対向して複数の転写部ｔを構成する転写装置６と、を有し、転写部ｔにて、像担持体１から現像剤像を、転写装置６か又は転写装置６が搬送する転写材かに転写する画像形成装置であって、非画像形成時において、像担持体１表面に、現像手段４が収容する現像剤を排出する排出モードが実施される画像形成装置において、排出モード実行時に、ひとつ以上の転写部ｔにおいて転写装置６が、像担持体１から離間する。
【選択図】図１

Description

本発明は、電子写真方式又は静電記録方式を用いた画像形成装置に関するものであり、特に、複数の像担持体を有し、それぞれの像担持体上に形成した、現像剤像を中間転写体に転写し、中間転写体から一括して転写材に転写する画像形成装置、又は、これら複数の現像剤像を直接、転写材に重ねて転写する画像形成装置に関するものである。

従来、像担持体上に形成した現像剤像（トナー像）が転写材に転写されてそれを定着して画像形成物を得る画像形成装置において、転写材にトナー像が転写されるまでの工程にて、像担持体上のトナー像が中間転写体に転写される方式を採用した、転写装置としての中間転写体、特にベルト状の中間転写ベルトを使用した中間転写方式の画像形成装置が知られており、この方式はカラー画像情報や多色画像情報に基づく複数の成分色画像を順次転写、積層し、カラー画像や多色画像を合成再現した画像を得る構成のカラー画像形成装置や多色画像形成装置において有効である。

こうした中間転写方式の画像形成装置として、従来の中間転写ベルトを用いた画像形成装置の一例の概略を図９に示す。本画像形成装置は、中間転写ベルト６を有した電子写真方式のカラー画像形成装置（複写機やレーザビームプリンタ）として構成されている。この中間転写ベルト６には中抵抗の弾性体を使用している。

画像形成装置は、第１の像担持体としてドラム状の電子写真感光体（感光ドラム）１を備え、この感光ドラム１は矢印の方向に所定の周速度（プロセススピード）で回転駆動される。

感光ドラム１表面はこの回転過程において各画像形成工程が施され、先ず、帯電工程にて一次帯電器２により所定の極性・電位に一様に帯電処理され、次いで、潜像形成工程にて像露光手段３により像露光Ｌを受ける。これにより、所望のカラー画像に対応した静電潜像が、それぞれの色毎に順に形成される。

そして、第１の色成分像（例えばイエロー色成分像）に対応した静電潜像が形成され、現像工程にてその静電潜像が現像位置において、現像剤としてイエロートナーを収容した現像手段である第１の現像器（イエロー現像器）４１により現像され、イエロー現像剤像（トナー像）として可視化される。このとき現像手段である第２〜第４の現像器、すなわちマゼンタ現像器４２、シアン現像器４３、ブラック現像器４４は作動しておらず感光ドラム１には作用しないので、イエロートナー像は第２〜第４の現像器４２〜４４による作用を受けない。

尚、第１〜第４の現像器４１〜４４は支持体４０に搭載して回転自在に設置され、感光ドラム１と対向した現像位置に順次移動される。

感光ドラム１上に形成されたイエロートナー像は、転写工程にて感光ドラム１と中間転写ベルト６との当接ニップ部である転写部ｔを通過する過程で、転写手段である一次転写ローラ５から中間転写ベルト６に印加した一次転写バイアスによって形成される一次転写電界により、中間転写ベルト６の外周面に順次転写されていく（一次転写）。

中間転写ベルト６への第１色のイエロートナー像の転写を終えた感光ドラム１は、表面に残留した一次転写残りの現像剤（トナー）をクリーニング装置７ａが有するクリーニングブレード７により清掃、除去した後、一次帯電以下の画像形成工程（プロセス）に供せられる。

以下、同様にして、支持体４０が回転して各現像器４１〜４４を順に感光ドラム１に対向させ、第２色のマゼンタトナー像、第３色のシアントナー像、第４色のブラックトナー像が形成され、中間転写ベルト６上の第１色のイエロートナー像の上に順次重ねて転写されて、目的のカラー画像に対応した合成カラー画像（トナー像）が中間転写ベルト６上に得られる。

ここで、中間転写ベルト６は、一次転写ローラ５とローラ６１、６２とに掛け廻され、感光ドラム１と当接した対向部で同方向に移動する向きに、感光ドラム１と同じ周速度で回転駆動される。感光ドラム１との当接部の中間転写ベルト６の内側位置には、転写動作を行う一次転写ローラ５が設置され、バイアス電源５１からの一次帯電バイアスを一次転写ローラ５を介して中間転写ベルト６に印加するようになっている。一次転写バイアスはトナーと逆極性で、その印加電圧はたとえば＋１００Ｖ〜＋２ｋＶの範囲である。このような構成により、感光ドラム１上に形成されたトナー像が中間転写ベルト６に対向する位置に到来した時に、ベルト６に一次転写バイアスを印加することで、トナー像が感光ドラム１から中間転写ベルト６に転写される。

そして、中間転写ベルト６を支持するローラのうちローラ６２は二次転写対向ローラで、このローラ６２が配設された部位の中間転写ベルト６の外面位置に二次転写ローラ８が離接自在に設置され、転写手段である二次転写ローラ８にはバイアス電源８１から二次帯電バイアスが印加されるようになっている。二次転写ローラ８は、第１色〜第３色のトナー像の一次転写工程時には、中間転写ベルト６から離間しておくことが可能である。

中間転写ベルト６上に４色が重畳転写されたトナー像が中間転写ベルト６の回動で二次転写部位の直近に至るタイミングで、二次転写ローラ８にバイアス電源８１から二次転写バイアスが印加され、同時に二次転写ローラ８が中間転写ベルト６に当接される。更にその当接部に、第２の像担持体としての紙や樹脂シート等の記録媒体としての転写材Ｐが給紙ローラ１２により所定のタイミングで送り出され、ガイド１３を経て給紙される。

中間転写ベルト６上の４色のトナー像は一括して、中間転写ベルト６と二次転写ローラ８との当接ニップ部を通過する過程で、二次転写ローラ８から中間転写ベルト６に印加した二次転写バイアスによって形成される二次転写電界により、転写材Ｐの表面に転写されていく（二次転写）。トナー像が二次転写された転写材Ｐは定着器１１に導入され、定着工程にて加熱および加圧することにより４色のトナーが溶融混色して転写材Ｐに固定され、所望画像である画像形成物、ここではフルカラーのプリント画像に形成される。

中間転写ベルト６の表面に残留した二次転写残のトナーは、中間転写体クリーニング手段であるベルトクリーナ９により感光ドラム１とは逆極性に帯電される。ベルトクリーナ９は中間転写ベルト６の外面に離接自在に設置されたローラから形成され、ベルトクリーナ９を中間転写ベルト６の表面に当接し、中間転写ベルト６の内側に配置した接地された導電ローラ９１を対向極として、バイアス電源９２によりベルトクリーナ９に所定の極性のクリーニングバイアスを印加することにより、二次転写残トナーを所定の極性に帯電するものである。本例では、感光ドラム１は負極性帯電なので、二次転写残トナーは正極性に帯電される。ベルトクリーナ９は、第１色〜第３色のトナー像の一次転写工程時には、中間転写ベルト６から離間しておくことが可能である。

中間転写ベルト６上の逆極性に帯電された二次転写残トナーは、中間転写ベルト６の感光ドラム１との当接部及びその近傍で、感光ドラム１に静電的に吸引されて転移し、中間転写ベルト６から除去される。

上記のように、像担持体と近接対向して移動する転写装置として中間転写ベルト等の中間転写体を有して、中間転写方式を採用したカラー画像形成装置は、転写装置としての転写ドラム上に転写材を貼り付けまたは吸着して担持し、その転写材に感光ドラムから各色のトナー像を転写してカラー画像を得る構成をとる、例えば特許文献１に記載されたカラー画像形成装置と比較すると、転写材に何らの制御、例えば転写ドラムのグリッパに転写材を把持する、転写ドラムの表面に転写材を吸着する、転写ドラムの表面に沿うように曲率を持たせる等の制御を必要とせずに、中間転写体から転写材にトナー像を転写できるので、封筒、葉書、ラベル紙など、４０ｇ／ｍ²程度の薄い紙から２００ｇ／ｍ²程度の厚い紙まで、幅の広狭や長さの長短に関わらず、トナー像を転写してカラー画像を得ることができるという利点を有している。このような利点があるため、すでに中間転写ベルトを用いたカラー画像形成装置が、カラー複写機、カラープリンタ等として既に市場で稼動している。

更に、中間転写体をベルト形状とすることで、中間転写ドラムのような剛体のシリンダーを用いる場合と比較して、画像形成装置内部に配置する際の自由度が増して、スペースの有効利用による装置本体の小型化やコストダウンを行うことが出来るメリットもある。

しかしながら、製品開発の流れの中で、中間転写方式のカラー画像形成装置において、以下に説明するような第一、第二、第三のニーズが発生し、それに応える画像形成装置が求められるようになった。

第一のニーズは、画像形成装置の高速化である。近年、前述の従来技術とは異なり、高速化対応を可能とするため、像担持体と近接対向する転写装置としての転写材搬送体上に複数のトナー像形成部（転写部）を配置させ、転写材搬送体に担持された転写材に直接トナー像を順次転写させていく方式（インライン転写方式）が提案されている。

又、更に、高速化だけでなく、メディアフレキシビリティー（はがきから厚紙や大サイズ紙など広範囲な転写材に対応可能なこと）に富んだ画像形成装置として、転写装置として第二の像担持体である中間転写体上に、複数のトナー像形成部を配置させ、順次トナー像を一次転写させ、中間転写体から転写材へ一括転写（二次転写）する方式（インライン中間転写方式）が提案されている。

第二に、画質の安定化である。画像安定性については、日々鋭意検討がなされており、例えば、現像手段や、感光体、帯電装置などを所持する画像形成部（プロセスステーション）の新品状態から、寿命を迎えるまでにおける耐久による画質の安定性や、周囲の環境（温度、湿度）の変化に対する安定性については、様々な提案がなされている。環境変動については、濃度制御、例えば感光ドラム等の像担持体上に形成したトナー像の濃度を光学的に検出し、現像バイアスや、帯電電位などのフィードバックをかける制御等の実行により、ある程度は改善が可能である。しかしながら、耐久安定性に関しては、特に、現像手段に収容された現像剤（トナー）の劣化防止に関しては、難易度は非常に高く、劣化したトナーは、選択的に現像されず、現像手段内に、少しずつ蓄積し、用紙への転写不良の要因となり、画像品位を低下させていく。このような不具合への策として、定期的または、不定期にトナーを排出することが有効である。

第三に装置の小型化である。上記に述べた第一のニーズである高速化を推し進めるためのインライン方式は、複数の像担持体を有し、像担持体毎に画像形成部を備え、複数の画像形成部を並列配置させるため、従来のモノクロ装置と比較すると、かなり大型化しているのが現状である。又、これらのトナー像を順次転写する転写手段を有し、複数の転写手段と画像形成部との対向ニップを通過移動する転写装置としての転写材搬送体や中間転写体は、通常、これらの表面に残留したトナーをクリーニングする手段を有しており、このクリーニングしたトナーを貯める廃トナー容器を配置させる空間を確保しなければならない。従って、先に説明した第二のニーズを満たすためにトナー劣化時の排出されたトナーはできるだけ、これら表面へ転写させないことが必要となる。廃トナー容器へ送り込まれる排出トナーの量Ｍは、式１にて表され、このトナー量Ｍの分だけ、中間転写体や転写材搬送体等の転写装置の廃トナー容器の容量を増やさなければならない。これにより、廃トナー容器の容量をこの分、増やすことにより、装置自体が大きくなってしまうという課題が生じた。通常、画像形成部におけるそれぞれの画像形成手段の寿命に対し、中間転写体や転写材搬送体等の転写装置の寿命は、非常に長いため、いかに排出トナーを転写装置上へ転写させないか、即ち、式１における排出トナーの転写効率ηをどれだけ下げるかが重要となる。尚、本明細書では、複数の画像形成部における転写部を構成して、その転写部を通過して移動する中間転写体や転写材搬送体を「転写装置」と総称することとする。

Ｍ＝ｍ×ｎ×η×ＬＦＴ／ｉ（式１）
ｍ：一回に排出されるトナー量
ｎ：現像色の数イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの４色
η：排出トナーの転写効率
ＬＦＴ：転写装置の寿命
ｉ：画像形成部のトナー排出枚数間隔
特開昭６３−３０１９６０号公報

本発明の目的は、複数色による画像形成が可能な画像形成装置において、インライン方式を採用することで高速化を可能とし、現像剤を排出することで画像安定化を実施し、更に、装置全体を小型化した画像形成装置を提供することである。

上記目的は本発明に係る画像形成装置にて達成される。要約すれば、第１の本発明は、表面に静電潜像が形成される像担持体、及び、現像剤を収容し、前記静電潜像を現像し前記像担持体表面に現像剤像を形成する現像手段を含む複数の画像形成部と、該複数の画像形成部が有する像担持体と近接対向して複数の転写部を構成する転写装置と、を有し、前記転写部にて、前記像担持体から前記現像剤像を、前記転写装置か又は該転写装置が搬送する転写材かに転写する画像形成装置であって、非画像形成時において、前記像担持体表面に、前記現像手段が収容する現像剤を排出する排出モードが実施される画像形成装置において、
前記排出モード実行時に、ひとつ以上の前記転写部において前記転写装置が、前記像担持体から離間することを特徴とする画像形成装置を提供する。

第２の本発明は、表面に静電潜像が形成される像担持体、及び、現像剤を収容し、前記静電潜像を現像し前記像担持体表面に現像剤像を形成する現像手段を含む複数の画像形成部と、該複数の画像形成部が有する像担持体と近接対向して複数の転写部を構成する転写装置と、を有し、前記転写部にて、前記像担持体から前記現像剤像を、前記転写装置か又は該転写装置が搬送する転写材かに転写する画像形成装置であって、非画像形成時において、前記像担持体表面に、前記現像手段が収容する現像剤を排出する排出モードが実施される画像形成装置において、
前記排出モード実行時に、前記複数の画像形成部のうちひとつ以上の画像形成部にてそれぞれの前記像担持体表面に排出された現像剤がそれぞれの前記転写部にて、前記転写装置に重ねて転写されることを特徴とする画像形成装置を提供する。

本発明の画像形成装置は、表面に静電潜像が形成される像担持体、及び、現像剤を収容し、静電潜像を現像し像担持体表面に現像剤像を形成する現像手段を含む複数の画像形成部と、複数の画像形成部が有する像担持体と近接対向して複数の転写部を構成する転写装置と、を有し、転写部にて、像担持体から現像剤像を、転写装置か又は転写装置が搬送する転写材かに転写する画像形成装置であって、非画像形成時において、像担持体表面に、現像手段が収容する現像剤を排出する排出モードが実施される画像形成装置において、排出モード実行時に、ひとつ以上の転写部において転写装置が、像担持体から離間するか、又は、排出モード実行時に、複数の画像形成部のうちひとつ以上の画像形成部にてそれぞれの像担持体表面に排出された現像剤がそれぞれの転写部にて、転写装置に重ねて転写されるので、インライン中間転写方式で、高速化を可能とし、且つ、画像安定化のために現像剤（トナー）排出を実施する装置において、更に、排出トナーの転写装置である中間転写体への転写抑制を実施することにより、中間転写体の廃トナー容器のスペースを省スペース化し、装置を小型化することができた。本発明の効果は、インライン転写方式においても効果があり、この時は、転写材を搬送する転写装置である搬送体上の排出トナーの転写を抑制し、搬送体の廃トナー容器のスペースを省スペース化した。

以下、本発明に係る画像形成装置を図面に則して更に詳しく説明する。

実施例１
図１は、本発明を適用した画像形成装置の一例である、本実施例の電子写真プロセスを利用したカラーレーザプリンタの概略断面図である。

図１に示すカラーレーザプリンタは、複数の第一の像担持体である感光ドラム１、ここでは４個の感光ドラム１（１ｙ、１ｍ、１ｃ、１ｋ）を有し、順次、転写装置としての第２の像担持体であるベルト状の中間転写体（中間転写ベルト）６に連続的に多重転写し、フルカラープリント画像を得る、高速化に有効な構成である４連ドラム方式のインライン中間転写方式を採用したプリンタである。尚、本実施例では感光ドラム１は外径２４ｍｍの有機光半導体である。

図１に示すように、無端状の中間転写ベルト６は、駆動ローラ６１、二次転写対向ローラ６２及びテンションローラ６３に懸架され、図中矢印の方向に回転している。テンションローラ６３による荷重は、片側２．０ｋｇｆのばねで両側からテンションをかけたものである。本実施例で使用されている中間転写ベルト６は、周長６４０ｍｍであり、軸方向である長手方向の長さは２２０ｍｍである。

そして、感光ドラム１は、中間転写ベルト６を巻架する二次転写対向ローラ６２と駆動ローラ６１との間で形成された中間転写ベルト面Ｘに沿って中間転写ベルト６の移動方向に、直列に各色に対応し４個配置されている。そして、それぞれの色毎に、各画像形成工程を実施する画像形成手段、つまり帯電手段である一次帯電ローラ２（２ｙ、２ｍ、２ｃ、２ｋ）、現像手段である現像器４（４ｙ、４ｍ、４ｃ、４ｋ）、及び感光ドラムクリーニング手段であるクリーニングブレード７（７ｙ、７ｍ、７ｃ、７ｋ）と共にイエローＹ、マゼンタＭ、シアンＣ、ブラックＫの画像形成部（プロセスステーション）を構成して、中間転写ベルト６に沿って並べて配置されている。

イエロー現像器４ｙを有するイエロープロセスステーションＹ内の感光ドラム１ｙは回転過程で、一次帯電ローラ２ｙにより所定の極性・電位に一様に帯電処理され（帯電工程）、次いで不図示の画像露光手段（カラー原稿画像の色分解・結像露光光学系、画像情報の時系列電気デジタル画素信号に対応して変調されたレーザビームＬを出力するレーザスキャンによる走査露光系等）による画像露光Ｌを受けることにより目的のカラー画像の第１の色成分像（イエロー成分像）に対応した静電潜像が形成される（潜像形成工程）。

次いで、その静電潜像が第１現像器４ｙ（イエロー現像器）により第１色であるイエロー現像剤（トナー）により現像され、感光ドラム１ｙ表面には、イエロー現像剤像（トナー像）が形成される。

この時の本実施例における画像形成条件を説明すると、感光ドラム１ｙ上の暗電位（一次帯電による非画像部電位）Ｖｄ＝−４２０Ｖであり、明電位（レーザ露光Ｌによる画像部電位）Ｖｌ＝−５０Ｖであり、現像器４ｙによる現像方法は、一成分接触現像方式であり、現像バイアスは、直流電圧Ｖｄｃ＝−２２０Ｖと交流電圧Ｖａｃ＝１８００Ｖｐｐ、周波数＝２３００Ｈｚの重畳バイアスである。

そして、ここまでの画像形成速度となる感光ドラム１ｙの回転速度、つまりプロセススピードは、８７ｍｍ／ｓｅｃである。

他のプロセスステーションＭ、Ｃ、Ｋにおいても同様の画像形成工程が実施され、それぞれの感光ドラム１表面には、マゼンタ、シアン、ブラックのトナー像が形成される。

それぞれのプロセスステーションＹ、Ｍ、Ｃ、Ｋの感光ドラム１上に形成されたイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックのトナー像は、それぞれのステーションにおける中間転写ベルト６との一次転写ニップ部である転写部ｔ（ｔｙ、ｔｍ、ｔｃ、ｔｋ）へ進入する。転写部ｔでは、中間転写ベルト６の裏側にそれぞれのステーションＹ、Ｍ、Ｃ、Ｋにおける転写手段である電圧印加部材の一次転写ローラ５（５ｙ、５ｍ、５ｃ、５ｋ）を接触当接させている。

一次転写ローラ５には各ステーションＹ、Ｍ、Ｃ、Ｋで独立にバイアス印加可能とするため、不図示の一次転写バイアス源を有している。中間転写ベルト６は１色目のステーションでまずイエローを転写し、次いで先述した工程を経た、各色に対応する感光ドラム１より順次マゼンタ、シアン、ブラックの各色を各ステーションで順次転写する（転写工程）。感光ドラム１上に残されたトナーは、感光ドラム１に当接されたクリーニングブレード７により、クリーニングされ，クリーニングされたトナーは、不図示の廃トナー容器に回収される。

ここで、一次転写ローラ５は、導電性ローラで、外径６ｍｍのステンレス性軸にＥＰＤＭ発泡フォームを覆った外径１４ｍｍのローラであり、抵抗値は、下記に図２を用いて説明する方法で求めた結果（Ｒ）が１×１０⁶Ω以下のローラを使用した。ローラ硬度は、Ａｓｋｅｒｃで３０度である。又、ローラ５の押圧に関しては、マゼンタ、シアンは、両端からそれぞれ３５０ｇつまり３５０ｇｆ×２のバネを配置させ、イエロー、ブラックは、両端からそれぞれ４５０ｇつまり４５０ｇｆ×２のバネを配置させ、中間転写ベルト６を介して感光ドラム１に押圧した。

尚、抵抗値は、図２に示すように、ローラ５に対し、両端からそれぞれ５００ｇつまり５００ｇ×２の荷重１４をかけて、外径３０ｍｍのアルミシリンダ１５に圧接させて、アルミシリンダ１５を回転駆動して、ローラ５に５０Ｖを印加し、アルミシリンダ１５に接続した抵抗１００Ωの測定用テスタ１６にて、そこに流れる電圧電圧Ｖを測定し、抵抗Ｒを式２にて算出したものである。

抵抗Ｒ＝５０×１００／Ｖ（式２）

中間転写ベルト６には、ポリイミドの単層ベルトを使用し、その物性値は以下である。
厚み：７５μｍ
抵抗値：体積抵抗値１０⁹Ωｃｍ

尚、上記抵抗値は、三菱油化株式会社製のＨＩＲＥＳＴＡ（登録商標）を用いて測定し、１００Ｖ印加での測定結果である。このベルト６は、カーボンを分散することにより抵抗調整をおこなっている。

中間転写ベルト６上で形成された４色フルカラー画像は、次いで二次転写ローラ８により、転写材Ｐに一括転写される（転写工程）。二次転写時に、中間転写ベルト６上に残留したトナーは、中間転写体クリーニング手段９内のクリーニングブレード９ａにより、かきとられ、不図示のトナー搬送手段により、廃トナー容器１０へ搬送される。廃トナー容器１０は、後に詳しく説明するように本実施例では中間転写ベルト６の寿命である転写装置寿命１０万枚分の廃トナーが収納させるように設計されている。

４色の合成トナー像が転写された転写材Ｐは、定着装置１１によってトナー像が溶融定着され、画像形成物であるカラープリント画像が得られる（定着工程）。

一方、本実施例のプリンタでは、上記のフルカラー画像を形成するフルカラー画像形成モードと、中間転写ベルト６上にブラックステーションＫで形成したトナー像から画像形成物を得るモノクロモードが実施される。

モノクロモード時は、先に説明したイエロー、マゼンタ、シアンのプロセスステーションＹ、Ｍ、Ｃに対向する一次転写ローラ５ｙ、５ｍ、５ｃが、プロセスステーションＹ、Ｍ、Ｃから離間し、図１に点線部Ｘ１で示すように、各ステーションＹ、Ｍ、Ｃ、Ｋの一次転写部ｔが配置されるベルト面ＸのプロセスステーションＹ、Ｍ、Ｃ、Ｋ側の盛り上がりを無くすように、ここでは右方向へと移動する。その結果、中間転写ベルト６は、イエロー、マゼンタ、シアンの感光ドラム１ｙ、１ｍ、１ｃと離間する。

そして、プロセスステーションＫのみにおいて、上記の画像形成工程が実施され、中間転写ベルト６には、ブラックトナー像のみ形成され、二次転写工程、定着工程を経て、転写材Ｐにモノクロ画像が形成される。

ここで、一次転写ローラ５を移動することにより中間転写ベルト６を感光ドラム１から離間する機構について説明する。本画像形成装置では、イエロー、マゼンタ、シアンのプロセスステーションＹ、Ｍ、Ｃは、中間転写ベルト６の移動方向で、ブラックのプロセスステーションＫの上流に並んで配置され、ブラックのプロセスステーションＫは、ベルト６移動方向でベルト面Ｘの最下流に配置される。そして、イエロー、マゼンタ、シアンの一次転写部ｔｙ、ｔｍ、ｔｃとブラックの一次転写部ｔｋは、それぞれ、ベルト面Ｘにおいてベルト６移動方向の上流と下流で、環状の中間転写ベルト６の内側で図１に示すように分割されている。即ち、ベルト面Ｘにおけるベルト６移動方向上流部分で、３台のカラーステーションＹ、Ｍ、Ｃにおける一次転写ローラ５ｙ、５ｍ、５ｃは、カラー一次転写ユニットＺとして互い並列して位置が固定され、一体化している。カラー一次転写ユニットＺは、フルカラーモードにおいては、ブラックの一次転写ローラ５ｋと直線に並列し、共にベルト面Ｘを盛り上げている状態であるが、モノカラーモードに替わる時に、カラー一次転写部Ｚは、ブラック一次転写部ｔｋに最も近い端部Ｑを回転中心として、カム５０により、中間転写ベルト６内側方向に向かうように回転し、当接離間可能な構成となっている。

このカム５０は、カラー一次転写ユニットＺの回転中心Ｑの反対側の端部において、ベルト６移動方向最上流のイエロー一次転写ローラ５ｙ付近であり、中間転写ベルト６内側に配置される。又、カラー一次転写ユニットＺは中間転写ベルト６の内側方向に付勢されている。フルカラーモード時は、カム５０が横長状態になるように回転し、そのカム５０の端部に押されてカラー一次転写ユニットＺ端部を持ち上げ、イエロー、マゼンタ、シアンの一次転写部ｔｙ、ｔｍ、ｔｃは、感光ドラム１ｙ、１ｍ、１ｃに当接する。

又、モノカラーモード時は、このカム５０は、図１の矢印の方向へ回動して縦長状態となり、そのことによって、カラー一次転写ユニットＺ端部は付勢によって中間転写ベルト６内側に移動し、中間転写ベルト６のベルト面Ｘは、感光ドラム１から離間し、図１では、ベルト面Ｘ１の状態となる。

上記の離間動作が好適に行われるため、上記に記載したように、通常のフルカラープリント時は、一次転写ローラ５が中間転写ベルト６を持ち上げるように、ローラ６１とローラ６２との断面における中間転写ベルト６外側接線を結ぶ直線（図３ではＸ３）より浮き上がらせて配置され、中間転写ベルト６と感光ドラム１を圧接させている。そして、図３に示すように、駆動ローラ６１の断面において、ベルト面Ｘ側から鉛直方向に延びる接線方向Ｘ３を基準として、ベルト６接点からベルト面Ｘが持ち上がる角度θを持ち上げ角と定義し、θ＝３度とした。

モノクロモード時は、中間転写ベルト６との接触を絶たれた図１に示すイエロー、マゼンタ、シアンのプロセスステーションＹ、Ｍ、Ｃ内の感光ドラム１、現像器４、帯電ローラ２は、回転を停止している。そして、ブラックのみ画像形成を行い、前述した画像形成工程を実施し、モノクロプリント画像を得る。モノクロモード時に、感光ドラム１ｙ、１ｍ、１ｃと中間転写ベルト６を離間し、感光ドラム１ｙ、１ｍ、１ｃ、現像器４ｙ、４ｍ、４ｃ、帯電ローラ２ｙ、２ｍ、２ｃの回転を停止させることにより、クリーニングブレード９ａによる感光体削れは発生しないため、高寿命化が図れる。

又、本実施例における画像形成装置は、従来例にて発生した第二のニーズである画質の安定化を達成するために、上記の所望の画像形成物を得るための画像形成工程が行われる通常画像形成を中止した非画像形成時に、適当なタイミングで現像器４よりトナーの排出を行う排出モードを実施することで、現像器４内に劣化トナーが蓄積しないようにする対策がなされている。

そこで、次に、トナー排出について、説明する。

トナーは、プリント枚数の増加にともない、現像器４内でストレスを受け、その結果、一部のトナーでは、トナー電荷量や、物理付着力を制御している外添剤が、トナー樹脂内に埋没してしまう現象が発生する。これは、転写効率を低下させ、画像濃度の低下や、ハーフトン画像ががさついてしまうなど、画質の低下を引き起こす。

この現象は、特に低印字プリントで顕著である。その結果を図４を用いて説明する。図４に示すグラフは、印字比率と濃度低下の関係を、プリントの経過とともに、調査したものであり、縦軸は、反射濃度を示しており、本発明者らは、１．２０以上を画像上問題ないレベルとした。又、横軸は、Ａ４用紙のプリント枚数を示す。尚、このデータは、マゼンタステーションＭで３０℃、８０％ＲＨ環境下のデータである。他の色や、他の環境においても傾向は変わらないため、本データで説明する。中間転写ベルト６の寿命とする、５％の印字比率で、Ａ４で８０００枚を目標とした。

このグラフから、５％の印字比率では、濃度低下は、問題ないものの、３％以下の印字比率では、寿命である８０００枚に満たぬ枚数で目標である１．２０より、低下してしまっている。

排出モードを設定し、非画像形成時にトナー排出を実施することで、この濃度低下を防止できる。この効果を図４に示すグラフでもっとも低下の著しい印字比率１％の条件で説明する。尚、その他の条件は同じである。排出モードの実行間隔は、以下のようにした。

本実施例に使用した装置は、さまざまな市場調査により、一日のプリント数量予測として、月間２０００枚を想定しており、実働２０日とすると、一日のプリント数量は、１００程度であろうと予測した。

このことから、１００枚に一回の排出モードであれば、大人数でネットワークプリンタとして、共有するであろう本装置においては、あまり問題にならないであろうと考えた。従って、排出モードの実行間隔を、１００枚とした。

そして、排出モード時における、トナー排出方法として、具体的には、ベタパターンを感光ドラム１上に形成して排出する。ベタパターンは、長手は、現像保証領域である２１０ｍｍとし、幅は、一回に排出するトナー量に応じて、調整した。例えば、０．０６ｇであれば、排出するトナー量は、単位面積あたり、０．６ｍｇ／ｃｍ²であるため、４７．６ｍｍとなる。

図５の排出トナー量と濃度低下の関係を示すグラフから判るように、１００枚に一回、０．０６ｇのトナー排出を実施することにより、濃度低下が防止できることが判った。

以上に説明したような、本実施例の画像形成装置は、従来例にて説明した第一のニーズである高速化及び第二のニーズである画質の安定化を達成するために、インライン方式を採用し、排出モードを設定して現像器４からトナーを排出する廃トナー容器１０を設けた画像形成装置であるが、このような画像形成装置においては、装置の大型化が問題となった。

上記の構成にて、本実施例では中間転写ベルト６である転写装置の寿命である１０万枚の通常画像形成工程において、各画像形成部毎に１００枚毎に実施される排出モードによって排出されたトナーの総量Ｍは、以下の式３により求められる。

Ｍ＝ｍ×ｎ×η×ＬＦＴ／ｉ（式３）
ｍ：１回に排出されるトナー量０．０６ｇ
ｎ：現像色の数イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの４色
η：排出トナーの転写効率一次転写バイアス０Ｖ時０．６
ＬＦＴ：転写装置寿命１０００００枚
ｉ：画像形成部のトナー排出枚数間隔１００枚

式３に数値を代入することにより、１０万枚の印刷する間における、排出モードのみによるトナー排出量は１４４ｇとなる。この量は、容積に換算すると、トナー密度は、０．５ｇ／ｃｃであるので、２８８ＣＣの容積となる。従来は、図８に示す、トナー排出後の中間転写ベルト６の側面図から理解できるように、各色のベタパターンは転写部ｔにバイアスを印加することによって、感光ドラム１から中間転写ベルト６表面に、それぞれの色毎に重ねずに別々の部分に転写された、つまり中間転写ベルト６表面に排出されていたので、排出トナーは、全て廃トナー容器１０に収容されていた。

一方、本装置の通常画像形成工程にて発生する廃トナー容器１０の容量は、印字比率、モノクロモードとカラーモードの比率、二次転写効率（クリーニングされる残トナー量）、ＪＡＭ率、から決定され、下記の式４〜６の計算により求められた。

ここで下記の式４〜６の計算値は、市場調査予測より、印字比率は、５％とし、カラーとモノクロの使用比率は、６：４とした。二次転写効率は、最悪値で８０％とした。ＪＡＭ率については、１０００枚に一回として求められたものである。

単色ベタプリント時、中間転写ベルト６上のトナー量を０．６ｍｇ／ｃｍ²とすると、Ａ４用紙、単色ベタプリントした場合の中間転写ベルト６表面のトナー量は、式４の計算から３５６．１８ｍｇとなる。

０．６×２９．１×２０．４＝３５６．１８ｍｇ（式４）

単色プリント、平均印字比率５％、二次転写効率８０％の場合、Ａ４用紙１ページプリント時の廃トナー回収量は、式４により求められた単色ベタプリントによる中間転写ベルト６表面のトナー量を採用した式５の計算から１ページあたり３．５６ｍｇと求められる。

３５６．１８×０．０５×０．２＝３．５６ｍｇ／ページ（式５）

又、フルカラーとモノクロのプリント比率を６：４とすると、Ａ４用紙１ページ当たりの廃トナー量は、式６から１ページあたり平均９．９６ｍｇとなる。

４×３．５６×０．６＋３．５６×０．４＝９．９６ｍｇ／ページ（式６）

一方、１０００枚に一回のＪＡＭ率の分も加えると、約１０ｍｇ／ページとなる。

ここで、各画像形成手段の寿命を１０万枚とすると、この１０万枚までの間に通常画像形成工程にて中間転写ベルト６に排出するトナーを収容するには、式７より廃トナー容器１０は、ロスも考慮して１０００ｇのトナーの収納を可能としなければならない。トナー密度は０．５ｇ／ｃｃであるので、廃トナー容量は、２０００ＣＣとなる。

１０００００×（９．９６×１／１０００）＝９９６（式７）

そして、本装置では、ここにマージン１０％を見込み、廃トナー容器１０の必要収納量は、２２００ＣＣとなる。

ここで、前述した排出モード時のトナー容量２８８ＣＣを加えると、２２００ＣＣの廃トナー容器１０の容量を超えてしまう。実際に、廃トナー容器１０の容量を２２００ＣＣとした時、上記のような条件で、１０万枚プリントテストした結果、約９万枚で廃トナー容器１０は満杯となってしまった。

そこで、本発明においては、この排出トナーが、中間転写ベルト６表面へ転移しないよう１００枚に１回、非画像形成時に実施される排出モード実施時は、カラーの一次転写部ｔｙ、ｔｍ、ｔｃを離間するようなシーケンスに変更し、廃トナー容器１０の大型化を回避することで、装置の大型化を回避した。

排出モード実施時は、前述したように、モノクロモード実施時にカラー一次転写ユニットＺを離間させるのと同じ方法で一次転写部ｔを感光ドラム１から離間させ、イエロー、マゼンタ、シアンの画像形成部における画像形成手段は駆動させ、通常の画像形成工程と同様に、感光ドラム１表面に潜像形成し、現像させ、トナー排出を実施し、感光ドラム１表面へ排出されたトナーは、画像形成部における不図示のクリーニング容器へ収納される。一方、ブラック画像形成部Ｋでは、感光ドラム１ｋへトナー排出され、一次転写部ｔｋで、そのときの一次転写部ｔｋに印加されるバイアスは、その装置における最小値とする。本実施例では最小値の０Ｖ印加であるものの、６０％程度は、中間転写ベルト６表面へ転写する。しかし、中間転写ベルト６用の廃トナー容器１０への影響は、カラーを離間しない場合と比較し、１／４で済む。

又、排出モード実行時に転写部ｔにはバイアスは印加されなくとも良く、電気的接続を切っても良い。

このように、排出モード実行時は、カラーの一次転写部ｔは離間するよう制御変更し、Ａ４用紙を１０万枚、カラーとモノクロプリントの比率を６：４、印字比率５％で実施した。

その結果、１０万枚プリント終了後も、廃トナー容器１０に収納されたトナーは約２１００ｇであり、廃トナー容器１０の容量を超えることは無いことが確認できた。

本実施例によって、画像安定化のための排出モード実施において、一次転写部を離間することにより、排出トナーの中間転写ベルト上へ転写を防止することが可能となり、廃トナー容器の容量の大容量化が不必要となった。この効果は、複数の画像形成部における像担持体と近接対向して転写部を構成しながら移動する転写装置が中間転写体であるインライン中間転写方式に限らず、像担持体からトナー像が転写される転写材を担持搬送する転写材搬送体を転写装置として有するインライン転写方式においても同様の効果が得られることは言うまでもない。

以上の結果より、インライン方式により、高速化が可能となり、排出モードの実施により、画像安定性にすぐれた画像形成装置で、更に装置の大型化を回避したコンパクトな画像形成装置の実現が可能となった。

尚、排出モード実施時に転写装置から離間される画像形成部は、上記の色や数に限らず、転写装置に対向して転写部を構成する画像形成部の少なくともひとつ以上であり、全部転写装置から離間しても良い。又、離間方法も上記に限られるものではない。

実施例２
実施例１において、一次転写部ｔを離間する方式では、通常画像形成動作から非画像形成時の排出モードに移る時、又、排出モードから通常画像形成動作へ移る際の時間が、一次転写部ｔの離間に必要な時間だけ長くかかってしまうといった不都合があった。

なぜなら、一次転写部ｔの離間は、実施例１で説明したようにカム５０の動作により制御しているため、約６ｓｅｃのその分多くの時間がかかってしまうからである。

本発明者らは、この不都合を解決するために、吐き出し時の各色のベタパターンを実施例１に示した中間転写ベルト６上に重ねることで、トータルとして中間転写ベルト６表面へ転移するトナー量を減らすことを試みた。

従来は、前記に説明したように、図８に示す、トナー排出後の中間転写ベルト６の側面図から理解できるように、各色のベタパターンは転写部ｔにバイアスを印加することによって、感光ドラム１から中間転写ベルト６表面に、それぞれの色毎に重ねずに別々の部分に転写された、つまり中間転写ベルト６表面に排出されていたので、排出トナーは、全て廃トナー容器１０に収容されていた。

つまり、従来はそれぞれの色毎の転写部ｔにおいて、形成されたべたパターンがバイアス０Ｖを印加した場合、転写効率として６０％程度転写してしまう。これは、中間転写ベルト６として、電荷減衰系の中抵抗ベルトを使用しているため、比較的、低バイアスで転写が可能なこと、そして、感光ドラム６表面のトナー層電位で形成される電位や、誘導電荷の影響によるものと考えられる。つまり、図８に示されるような従来の排出モードでは、全ての画像形成部における排出トナーの６０％が中間転写ベルト６に転写されてしまう。

しかしながら、本実施例のように、中間転写ベルト６に転写される排出トナーのベタパターンが多重層となると、ベタパターンのトナー層が厚くなることで、トナー層内の電界が弱められるので、一次転写バイアスを０Ｖでは、転写できない。

このことは、図６に示すグラフから判明される。図６は、それぞれのステーションＹ、Ｍ、Ｃ、Ｋにおける吐き出し時のベタパターンを重ねて転写する時の転写電圧に対する１次色転写効率、２次色転写効率、３次色転写効率、４次色転写効率を示したグラフである。このように、転写部に印加されるバイアスを下げていくほど、３次色、４次色が急激に転写効率が下がり、転写電圧をＶ＝０Ｖとすると、３次色、４次色はほとんど転写されていないことがわかる。

そして、本実施例においては、このときに、ベタパターン形成時に印加するバイアスを装置の最小値である０Ｖとしていることで、１次色であるイエローのみが６０％程度転写され、２次色、３次色、４次色と画像を重ねるにしたがって転写効率は急激に下がり、２次色では２０〜４０％程度まで下がり、３次色、４次色はほとんど中間転写ベルト６上へ転写されることは無かった。

ここでも、ベタパターンを中間転写ベルト６に転写するために印加するバイアスは装置における最小値であることが望ましく、電気的接触を切っても良い。

実際に用いたパターンを図７で説明する。図７で示すように、排出されたトナーによるベタパターンは、４色重ねてあるが、実際は、第３次色シアン、第４次色ブラックのトナー層は非常に薄いか、ほとんど無い状態である。パターンの大きさは、第一の実施例で示したように１色あたりの排出トナー量が０．０６ｇとなるよう、パターンの大きさは２１０ｍｍ×４７．６ｍｍとした。

このように、排出モード実行時は、排出トナーを４色重ねるよう変更し、Ａ４用紙を１０万枚、カラーとモノクロプリントの比率を６：４、印字比率５％で確認した。

その結果、１０万枚プリント終了後も、廃トナー容器１０に収納されたトナーは約２０５０ｇであり、廃トナー容器１０の容量をオーバーすることは無いことが確認できた。又、実施例１のように、一次転写部ｔを離間せずに排出モードを実施できるため、一次転写部ｔの離間に必要な時間を省くことが可能となり、ユーザのプリント待ち時間を減らすことが可能となった。

本実施例によって、画像安定化のための排出モード実施においても、排出トナーを中間転写ベルト上に各色重ねることにより、排出トナーの中間転写ベルト上へ転写を防止することが可能となり、廃トナー容器の容量の大容量化が不必要となった。又、これにより、一次転写部の離間に伴う時間を省略することが可能となり、排出モード実施時の待ち時間を少なくすることができた。

この効果は、インライン中間転写方式に限らず、インライン転写方式においても同様の効果が得られることは言うまでもない。

以上の結果より、インライン方式により、高速化が可能となり、排出モードの実施により、画像安定性にすぐれた、コンパクトな画像形成装置の実現が可能となった。

本発明に係る画像形成装置の一例を示す概略構成図である。一次転写ローラの抵抗値の測定方法を示す説明図である。中間転写体における一次転写面端部の様子を示す説明図である。印字比率による画像形成枚数と濃度低下との関係を示すグラフである。排出トナー量による画像形成枚数と濃度低下度との関係を示すグラフである。各画像形成部のトナー排出を重ねて行う時の、それぞれの画像形成部における転写部に印加されるバイアスと転写効率との関係を示すグラフである。実施例２における中間転写体表面の排出トナーの状態を示す説明図である。従来の中間転写体表面の排出トナーの状態を示す説明図である。従来の画像形成装置の一例を示す概略構成図である。

符号の説明

１感光ドラム（像担持体）
４現像器（現像手段）
５一次転写ローラ
６中間転写ベルト（転写装置）
９中間転写体クリーニング手段
１０廃トナー容器
ｔ転写部
Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋプロセスステーション（画像形成部）

Claims

表面に静電潜像が形成される像担持体、及び、現像剤を収容し、前記静電潜像を現像し前記像担持体表面に現像剤像を形成する現像手段を含む複数の画像形成部と、該複数の画像形成部が有する像担持体と近接対向して複数の転写部を構成する転写装置と、を有し、前記転写部にて、前記像担持体から前記現像剤像を、前記転写装置か又は該転写装置が搬送する転写材かに転写する画像形成装置であって、非画像形成時において、前記像担持体表面に、前記現像手段が収容する現像剤を排出する排出モードが実施される画像形成装置において、
前記排出モード実行時に、ひとつ以上の前記転写部において前記転写装置が、前記像担持体から離間することを特徴とする画像形成装置。
前記転写部にバイアスが印加されることにより前記現像剤像が転写され、前記排出モード実行時は、前記転写部において最小値とされた前記バイアスが印加されるか、又は、前記転写部における前記像担持体との電気的接続を切ることを特徴とする請求項１の画像形成装置。
表面に静電潜像が形成される像担持体、及び、現像剤を収容し、前記静電潜像を現像し前記像担持体表面に現像剤像を形成する現像手段を含む複数の画像形成部と、該複数の画像形成部が有する像担持体と近接対向して複数の転写部を構成する転写装置と、を有し、前記転写部にて、前記像担持体から前記現像剤像を、前記転写装置か又は該転写装置が搬送する転写材かに転写する画像形成装置であって、非画像形成時において、前記像担持体表面に、前記現像手段が収容する現像剤を排出する排出モードが実施される画像形成装置において、
前記排出モード実行時に、前記複数の画像形成部のうちひとつ以上の画像形成部にてそれぞれの前記像担持体表面に排出された現像剤がそれぞれの前記転写部にて、前記転写装置に重ねて転写されることを特徴とする画像形成装置。
前記転写部にバイアスが印加されることにより前記現像剤像が転写され、前記排出モード実行時は、前記転写部において最小値とされた前記バイアスが印加されるか、又は、前記転写部における前記像担持体との電気的接続を切ることを特徴とする請求項３の画像形成装置。